JPH10134651A - 酸化物超電導複合材 - Google Patents

酸化物超電導複合材

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JPH10134651A
JPH10134651A JP8291497A JP29149796A JPH10134651A JP H10134651 A JPH10134651 A JP H10134651A JP 8291497 A JP8291497 A JP 8291497A JP 29149796 A JP29149796 A JP 29149796A JP H10134651 A JPH10134651 A JP H10134651A
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JP
Japan
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oxide superconducting
composite
length
composite material
silver
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Application number
JP8291497A
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English (en)
Inventor
Junichi Sato
淳一 佐藤
Akira Nomoto
明 野本
Katsumi Nomura
克己 野村
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】複合材の寸法精度を向上させると共に、強さと
臨界電流密度も向上させることのできる酸化物超電導複
合材を提供することにある。 【解決手段】超電導熱処理後に塑性加工が施され、少な
くとも厚さtと長さaの比率(a/t)が3以上である
板状の粒子を主体とし、その板状粒子が長手方向に50
%以上揃っている酸化物超電導材と金属材からなる酸化
物超電導複合材であって、下記の条件を満足する酸化物
超電導複合材体。 酸化物超電導粒子に形成されるクラックが、幅方向へ
の投影長さが幅の50 %未満であり、クラックの総
長さが複合材長さの10倍未満。 複合材長手方向の相互間の結晶のずれ(伸び)が20
%以内。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超電導複合材
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化物超電導複合材、特に銀や銀合金な
どを被覆したBi−2223複合材をはじめとするBi
系酸化物超電導複合材は臨界電流密度を向上させるため
に、以下のような製造法が一般に採用されている。すな
わち、複合材に超電導熱処理を施した後、塑性加工によ
る機械的配向化を施し、その際、結晶間の接合性が損な
われるため、再度熱処理を施す、あるいは一連の作業を
繰り返す(例えば、第51回1994年度春季低温工学・超電
導学会概要集 P.113参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法の場合、熱処理時に体積膨脹を伴い、塑性加工上がり
の寸法と異なってしまい、複合材の寸法精度の点で問題
があった。この場合、800〜900℃の熱処理上がり
で使用することになり、複合材の一方の金属材、例えば
銀は完全に焼きなまされて強さが小さくなっているため
複合材の強さも小さく、信頼性が著しく低いという欠点
があった。
【0004】従って、熱処理上がり材に塑性加工を施す
ことにより形状制御を行ったり、加工硬化による強さの
向上を期待することが考えられるが、その場合、クラッ
ク等により超電導材の結晶間の接合性が損なわれ、実質
的な電流密度は得られず、適用が不可能であった。
【0005】さらに、工程が複雑になる等という問題も
あった。
【0006】本発明の目的は、複合材の寸法精度を向上
させると共に、さらに強さと臨界電流密度も向上させる
ことのできる酸化物超電導複合材を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、超電導
熱処理後に塑性加工が施され、少なくとも酸化物超電導
導体と金属材からなる酸化物超電導材であって、超伝導
熱処理後に以下の条件を満足する塑性加工が行われる。
【0008】酸化物超電導粒子同志の接触面積が10
%以上向上すること。
【0009】酸化物超電導粒子に形成されるクラック
が、幅方向への投影長さが幅の50%未満であり、クラ
ックの総長さが複合材の長さの10倍未満であること。 複合材の長手方向の相互間の超電導材結晶のずれ(伸
び)が20%以内であること。
【0010】厚み方向の減少率が80%以内であるこ
と。
【0011】また、上記の塑像性加工を実現するため
には厚さtと長さaの比(a/t)が3以下である板状
の粒子を主体とし、その板状粒子が長手方向に50%以
上揃っている酸化物超電導材と金属材からなる酸化物超
電導複合材であること。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の超電導複合材は、酸化物
超電導材と金属材からなるが、その複合材は線材、導体
あるいはそれらを集合化、複合化した部材等をいい、線
材の形状としては丸線、平角線、テープ線、単芯線、多
芯線、直状線、スパイラル状線、撚線等いずれであって
もよく、その形態としては金属材の内側に酸化物超電導
材があっても、また酸化物超電導材の内側に金属材があ
っても、その両者を含んでいてもよい。さらに金属材の
内側に分散した形で酸化物超電導材が存在しても、また
酸化物超電導材の内側に金属材が分散した形で存在して
も、その両者含む形態であってもよい。
【0013】その作成方法はパウダーインチューブ法、
ジェリーロール法、デップコート法、ドクターブレード
法、溶射法、プラズマ溶射法、スクリーン印刷法、バル
ク法、CVD法、スパッタリング法、レーザーアブレー
ション法等のいずれでも差支えない。
【0014】また酸化物超電導体の種類としては、少な
くともBiを含む2212、2223相、少なくともT
l含む2212、2223、1201、1212、12
23、1234相、ReBa2 Cu3 y 相(Re=
Y、La、Nd、Dy、Gd、Ho、Er、Tm、Y
b、Lu)、少なくともHgを含む2212、222
3、1201、1212、1223、1234相などが
あげられる。
【0015】金属材としてはCd、Hf、Mg、Mn、
Ni、Sn、Ti、Zrの内の少なくとも1種を0.0
1〜5原子%の範囲で含有する銀基合金が主として用い
られるが、銀や他の金属材でも、複数の金属材の組合せ
であってもよく、場合によっては絶縁材との組合せであ
ってもよい。
【0016】本発明の複合材の応用例としてはマグネッ
ト、コイル、ケーブル、バスバー、電流リード、磁気シ
ールド、限流器、永久電流スイッチ等があげられる。
【0017】なお、本発明における前記条件の限定理由
は夫々次の通りである。
【0018】加工後の酸化物超電導粒子同志の接触面
積が10%以上向上すると、超電導電流が流れる経路が
増加し、臨界電流が向上するが、10%未満の場合、超
伝導特性が向上しない。
【0019】塑性加工時に酸化物超電導粒子に形成さ
れるクラックの幅方向の投影長さが幅の50%未満場合
には、長手方向に流れる電流パスが確保されるが、50
%以上の場合、電流パスが確保されず、臨界電流が低下
してしまう。また、クラックの総長さが複合材長さの1
0倍未満の場合と以上の場合も同様である。
【0020】長手方向の伸びが20%を超えると、超
電導結晶粒子同志の接続面積が減少してしまい、臨界電
流が低下する。
【0021】厚み方向の減少率が80%を超えると、
加工によるクラックの発生などにより超電導結晶粒子同
志の接続面積が減少してしまい、臨界電流が低下する。
【0022】これらの塑性加工の前提になるのは酸化
物超電導材の結晶粒子の性質に大きく依存し、すなわち
厚さtと長さaとの比(a/t)が3以下である板状の
粒子を主体とし、その板状粒子が長手方向に50%以上
揃っていることが必要となる。これらの条件を全て満足
した場合、酸化物超電導複合材の強度(耐力)及び超電
導特性が夫々1.1〜5倍及び1.1〜100倍とな
る。
【0023】
【実施例】 実施例1 Bi−2212相主相のBi1.84Sr1.9 Ca2.2 Cu
3.1 x組成の前駆体粉末を用意した。その粉末を冷間
静水圧フレス法により直径9.9mm、長さ200mmのロ
ッドに成型した。次にこのロッドを外径12mm、内径1
0mm、長さ200mmの銀パイプ中に組み込みんで外径
1.0mmになるまで引抜加工し、さらに圧延で厚さ0.
15mm、幅3.5mmに加工した。得られたテープ状線材
を空気中で840℃−50時間熱処理した。
【0024】得られたテープ状線材は最初の寸法と異な
り厚さ0.162mm、幅3.41mmとなっていた(比較
材1)。この線材に厚さ0.15mm、幅3.5mm、長さ
が1.05倍となるように塑性加工を施した(実施材
1)。
【0025】これらの線材を液体ヘリウム中10Tの外
部磁場中で臨界電流Icを10-13Ωmの定義で測定し
た。その結果、Icは実施材1が220A、比較材1が
140Aであった。また、両線材の0.2%耐力は実施
材1が70MPa、比較材1が40MPaであった。
【0026】なお、実施材1の断面を走査型電子顕微鏡
で観察したところ、酸化物超電導粒子同志の接触面積が
比較材1に比べて15%以上向上しており、酸化物超電
導材結晶の厚さtと長さaの比(a/t)は20であっ
た。また、長手方向の酸化物超電導材部を銀被覆を剥し
て同様に観察したところ、そのクラックの状況は凡そ1
つの長さが3mm、長手方向に対して約20度ずれてお
り、500mmあたり約15個で存在していた。
【0027】実施例2 Bi−2212相主相のBi1.84Pb0.34Sr1.9 Ca
2.2 Cu3.1 x組成の前駆体粉末を用意した。一方、
銀パイプとして外径15mm、内径11mm、長さ1000
mmのものを準備した。このパイプ中に前記粉末をタッピ
ング充填し複合ビレットを形成した。この複合ビレット
を外径1.2mmになるまで引抜加工した。得られた複合
線材を所定の長さに切断し、それを前記と同様のパイに
16芯組み込んで複合ビレットとして外径1mmまで引抜
加工し、さらに圧延で厚さ0.15mmとし、1atm 、A
r−7%O2 (酸素分圧0.07atm )の雰囲気中で8
25℃−100時間の熱処理を施した(比較材2)。こ
のテープ状線材にさらに厚さ0.15mm、長さ1.03
倍になるように塑性加工を施した(実施材2)。
【0028】得られた両線材を用い、間に絶縁材を挿入
しながらReact & Wind法により外径60mm、内径30mm
のシングルパンケーキコイルを夫々作成した。そのコイ
ルを冷凍器で冷却して20Kの温度に設定し、3Tの外
部磁場中で臨界電流Icを10-13 Ωmの定義で測定し
た。その結果、実施材2は100A、比較材2は70A
のIcであった。
【0029】実施例3 組成としてBi2 Sr1 Ca2 Cu2 xが得られるよ
うにBi2 3 、SrCO3 、CaCO3 、CuOの各
粉末を混合し、これを大気中で820℃−20時間熱処
理した後、それを粉砕してBi−2212相の前駆体粉
末を用意した。この粉末を外径8mm、内径6mm、長さ5
00mmのアルゴンガス中で溶解して作製したAg−1at
%Mg合金製のパイプ中にタッピング充填して複合ビレ
ットとした。この複合ビレットを外径2mmになるまで引
抜加工し、その後圧延加工で厚さ0.16mm、幅4.3
mmのテープ状の複合線材とした。得られた複合線材に対
し1atm 、大気中で860℃−10時間の超伝導化熱処
理を施した。そのとき線材の寸法は厚さ0.175mm、
幅1.4mmであった(比較材3)。この線材に所定の方
法で厚さ0.15mmに加工した(実施材3)。
【0030】得られた実施材3は比較材3に比較して
4.2K、10T中の臨界電流Icは2倍、0.2%耐
力は1.7倍であった。
【0031】実施例4 TlO1.5 、PbO、SrO、CaO、CuOを0.
5:0.5:1.6:0.4:2:3の割合で混合した
粉末を、空気中で820℃−10時間の熱処理を2回繰
り返した後、粉砕して前駆体粉末とした。この粉末を外
径8mm、内径6mm、長さ500mmのアルゴンガス雰囲気
中で溶解して作製したAg−1/2at%Sn合金製のパ
イプ中にタッピング充填して複合ビレットとし、その複
合ビレットを外径1mmになるまで引抜加工した。その
後、圧延加工と、1atm 、大気中845℃−50時間の
熱処理を2回繰り返し、さらに長さが1.1倍、厚さが
93%になるように塑性加工を施して厚さ0.12mmの
Tl−1223相を主相としたテープ状複合線材を作製
した。
【0032】得られた複合線材は熱処理上がりの比較材
に対し77K、0T中の臨界電流で1.4倍、0.2%
耐力で1.8倍の特性を示した。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればづ
きのような効果が得られる。
【0034】(1) 複合材の強度(耐力)が向上するの
で、複合材の取扱性が大幅に向上し、使用環境における
信頼性を向上させることができる。
【0035】(2) 複合材の超電導特性が向上するので、
複合材を使用した部品、部材、システム等のコンパクト
化が図れる。
【0036】(3) 寸法精度が向上するので、複合材を使
用した部品、部材、システム等の形状裕度が大きくな
る。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年11月21日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】また、上記の塑性加工を実現するために
は厚さtと長さaの比(a/t)が3以上である板状の
粒子を主体とし、その板状粒子が長手方向に50%以上
揃っている酸化物超電導材と金属材からなる酸化物超電
導複合材であること。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】これらの塑性加工の前提になるのは酸化
物超電導材の結晶粒子の性質に大きく依存し、すなわち
厚さtと長さaとの比(a/t)が3以上である板状の
粒子を主体とし、その板状粒子が長手方向に50%以上
揃っていることが必要となる。これらの条件を全て満足
した場合、酸化物超電導複合材の強度(耐力)及び超電
導特性が夫々1.1〜5倍及び1.1〜100倍とな
る。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導熱処理後に塑性加工が施され、少な
    くとも厚さtと長さaの比率(a/t)が3以下である
    板状の粒子を主体とし、その板状粒子が長手方向に50
    %以上揃っている酸化物超電導材と金属材からなる酸化
    物超電導複合材であって、下記の条件を満足することを
    特徴とする酸化物超電導複合材体。 酸化物超電導粒子に形成されるクラックが、幅方向へ
    の投影長さが幅の50%未満であり、クラックの総長さ
    が複合材長さの10倍未満。 複合材長手方向の相互間の結晶のずれ(伸び)が20
    %以内。
  2. 【請求項2】主たる酸化物超電導材がBi、Sr、Ca
    及びCuからなるBi系であり、主たる金属材が銀又は
    銀基合金である請求項1に記載の酸化物超電導複合材。
  3. 【請求項3】主たる酸化物超電導材がBi−2212
    相、Bi−2223相のいずれか一方である請求項1又
    は請求項2に記載の酸化物超電導複合材。
  4. 【請求項4】主たる酸化物超電導材がBi、Pb、S
    r、Ca及びCuからなるBi−2223相であり、主
    たる金属材が銀又は銀基合金である請求項1に記載の酸
    化物超電導複合材。
  5. 【請求項5】主たる金属材がCd、Hf、Mg、Mn、
    Ni、Sn、Ti、Zrの内の少なくとも1種を0.0
    1〜5原子%の範囲で含有する銀基合金である請求項2
    又は請求項4に記載の酸化物超電導複合材。
  6. 【請求項6】酸化物超電導材が多芯状となっている請求
    項1ないし請求項5のいずれが1に記載の酸化物超電導
    複合材。
  7. 【請求項7】酸化物超電導材を多数本束ねた構造となっ
    ている請求項1ないし請求項6のいずれか1に記載の酸
    化物超電導複合材。
  8. 【請求項8】テープ状線材が絶縁材を介してコイル状に
    成形されている請求項1ないし請求項6のいずれが1に
    記載の酸化物超電導複合材。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014240521A (ja) * 2013-05-14 2014-12-25 独立行政法人物質・材料研究機構 鉄系超伝導線材の製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014240521A (ja) * 2013-05-14 2014-12-25 独立行政法人物質・材料研究機構 鉄系超伝導線材の製造方法

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